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维生素K对动物凋亡基因表达的调控摘要：维生素K又名甲萘醌，黄色晶体，不溶于水，能溶于醚等有机溶剂，属于脂溶性维生素。根据分子结构中所含取代基（R）的不同，包括K1、K2、K3三种。本文从维生素k的结构作用，对抗凋亡基因的表达及其调控进行了阐述。关键词：维生素K； 抗凋亡基因； 生理作用； 表达调控机制Vitamin K for control gene expression in apoptosis of animalAbstract: Vitamin K is also known as Menadione， it is yellow crystals， insoluble in water，and can dissolve in organic solvents， such as ether， and it belongs to fat-soluble vitamins. According to the molecular structure different of substituents in (R). It includes the K1，K2，K3. In this paper，we discussed the structure of vitamin k and anti-apoptosis gene expression and regulation mechanism. Key words: vitamin K；anti-apoptotic gene expression；regulation mechanism；physiological roles 维生素K指的不是单一的化合物，而是一组脂溶性的、具有抗出血作用的醌类化合物。由于它具有促进凝血的功能，故又称凝血维生素，常见的维生素K（VK）有三种形式，在植物中为叶绿醌（Phylloquinone，VK1），是黄色油状物；在动物中分离出维生素K2(Menaquinone，VK2)，是淡黄色结晶，其侧链上的异戊二烯链的数目不等，许多细菌产物属于这一类型，又可简称为MKn，n代表异戊二烯链的数目。M4，5，7与维生素K1生物活性相等。MK1只有维生素K1的1%活性，MK10也只有3049%的活性。维生素K3（Menadione）是人工合成产物，在哺乳类及鸟类体内可变成MK4。维生素K1可以人工合成，但自然界中者为l型，人工合成者可为消旋者，二者的活性是一样的，维生素K3的3位硫醚衍生物也生物活性1。维生素K的衍生物如维生素K3磷酸酯、琥珀维生素或亚硫酸氢盐，均为水溶性的，可作为肠外用的制剂。上述三种类型的维生素K都易为碱及光所破坏。有些衍生物如甲基萘氢醌乙酸酯有较高的维生素K活性，并对光不敏感。维生素K3或维生素K1的2，3位环氧化合物，虽不溶于水，但对光不生敏感，在体内可变为相应的维生素K。维生素k的几种结构形式如下：维生素K和肝脏合成四种凝血因子(凝血酶原、凝血因子，及)密切相关，如果缺乏维生素K1，则肝脏合成的上述四种凝血因子为异常蛋白质分子，它们催化凝血作用的能力大为下降。人们已知维生素K是谷氨酸羧化反应的辅因子。缺乏维生素K则上述凝血因子的-羧化不能进行，此外，血中这几种凝血因子减少，会出现凝血迟缓和出血病症。此外，人们公认维生素K溶于线粒体膜的类脂中，起着电子转移作用，维生素 K可增加肠道蠕动和分泌功能，缺乏维生素K时平滑肌张力及收缩减弱，它还可影响一些激素的代谢。如延缓糖皮质激素在肝中的分解，同时具有类似氢化可的松作用，长期注射维生素K可增加甲状腺的内分泌活性等。在临床上维生素 K缺乏常见于胆道梗阻、脂肪痢、长期服用广谱抗菌素以及新生儿中，使用维生素K可予纠正。但过大剂量维生素K也有一定的毒性，如新生儿注射30毫克/天，连用三天有可能引起高胆红素血症。一、 生理作用（1）维生素K为谷氨酸-羧基化酶系统中的必需因素-羧基谷氨酸（-Carboxyglutamic Acid，Gla）的合成在细胞微粒体内进行，需要含有谷氨酸的肽链作为基质，并需要氧及二氧化碳及维生素K氢醌（维生素KH2）。在这个作用中维生素的变化可用维生素K-维生素K2，3环氧化合物（维生素K-2，3epoxide，VKO）循环来表示。-羧基化作用的底物有人工合成的五肽链及天然内源性蛋白（如凝血酶原），人工合成者以苯丙-亮-谷-谷-亮反应力最强，其他如苯丙-亮-谷-缬及苯丙-亮-谷-谷-异亮也有作用。人工合成者与内源蛋白之间有竞争，当五肽链存在时，内源蛋白的-羧基化的开始速度减少，内源蛋白存在时推迟五肽链-羧基化的时间。-羧基谷氨酸的蛋白质或肽链形成后，与Gla相邻的羧基具有与钙及磷脂结合的特性。Gla蛋白质可以在他生成场所或输出到靶组织中发生作用。Gla蛋白分解的最终产物为游离式的Gla及含Gla的肽链，在尿中排出。正常人尿中排出量为4411molg-1肌酐，儿童排出较多，5岁时约为100molg-1肌酐，以后排出量逐渐下降，至15岁时降到成人水平，使用抗凝剂者，尿中Gla水平仅为24molg-1肌酐，凝血酶原时间比正常者升高23倍，Gla的总排出量25%，不受抗凝剂的影响，可代表骨中骨钙蛋白（osteocalcin）的转换。有些疾病Gla的排出也有变化。例如多数骨质疏松病人，尿中Gla的排出比正常人增加50%，相当于骨的转换率之3倍。皮肤炎与硬皮病患者尿中排出也增加。（2）VK与血液凝固的关系 血液凝固是从组织损伤和血小板破坏后引起的一系列的酶促链式反应。血液凝固过程中一些酶原（proenzyme）的合成与维生素K有关，亦即在他们的合成中需要谷氨酸-羧基化。这些酶原除因子、及外，最近还发现了蛋白C、S、M，Z。这四种新发现的蛋白，他们的140氨基酸排列顺序与凝血酶原同源。蛋白C 是由肝合成的维生素K依赖性蛋白酶原，在凝血酶和M的共同作用下被激活，成为激活的蛋白C，其干扰血液凝固2，并促进血纤维蛋白的溶解，在体外活化的蛋白C可以使因子及灭活；蛋白S可以加强蛋白C的活力，他有10个Gla；蛋白M可以促进凝血酶原转变为凝血酶，凝血酶是PC的激活剂，在体内凝血酶首先与血管内皮细胞表面的TM结合成复合物，该复合物中的凝血酶丧失了激活血小板、因子V和因子的能力，也丧失了催化纤维蛋白原变成纤维蛋白的能力3，转而成为Pc的激活物，故TM是使凝血酶由促凝物转变为抗凝物的关键所在4；蛋白Z有13个Gla，对这种蛋白了解得还很少，需要进一步的研究。凝血酶原的合成，先在肝细胞粗内质网膜上的形成新生成肽链，然后再进行一些谷氨酸的-羧基化和糖基化。在凝血酶原的NH2末端的7，8，15，17，20，21，26，30，332位置的谷氨酸-羧基化变成Gla。33位后的谷氨酸不转变为Gla。这种-羧基化的特殊选择并不是由氨基酸的排列顺序所致，而是由于蛋白前体在膜上的位置与构形所致。1分子的正常凝血酶原与1012Ca2+相结合，末-羧基化者只能与一个分子Ca2+结合。（3）维生素K与骨基质中含Gla蛋白（Bone Gla Protein，BGP）的关系 骨基质有几种含Gla的蛋白，主要为BGP与Ca结合者叫做骨钙蛋白，在骨细胞内合成，分泌到血液或组织，然后到骨基质中，占骨中总蛋白垢12%，为非胶原蛋白的1020%。骨钙蛋白出现在骨矿物化之前，骨密度增加，他也增加。他有2个钙结合点，钙离子为0.8mmolL-1可以使其半饱和，其他二价正离子如镁、锶、钡也能与之结合，但钙离子结合能力最强，他的作用在调节钙在骨基质中沉积，与羧磷灰石（hydroxy apatite）的核心起作用。也有迹象说明BGP的合成为1，25（OH）2D3所调节。BGP可能调节1，25（OH）2D的破骨作用，使其作用缓慢。在一些骨的疾病中，血浆中BGP水平上升，这说明他可能促进骨的重建及钙的动员。怀孕早期如母亲服用维生素K拮抗剂，其胎儿骨骼发生流血现象，这一现象说明，在胎儿生长过程中，需要维生素K的骨骼系统发育比血流凝固系统要早一些，从母体将钙运输至胎儿这一过程对维生素K拮抗剂敏感，可能干扰了胎盘中-羧基化蛋白的合成。二、抗凋亡基因surviving，Bcl-2，Bcl-x，survivin是大多数实体瘤细胞表达的一种凋亡抑制蛋白，在肿瘤的发生过程中起重要的作用6。suvrvini基因全长15kb，定位于17q25，由四个外显子组成。其NRA全长1916Pb，5端有49个碱基的非翻译区，3端在终止密码子后还有1144个碱基，含有PoylA的尾巴。survivin基因是凋亡蛋白抑制因子家族( inhibitor of apoptosis protein)最小的成员，在多种恶性肿瘤细胞中均有高表达5，7，其蛋白结构独特，它只含有一个BIR结构，而且羟基末端缺乏锌指结构，代之为一个由40个氨基酸组成的螺旋结构，通过螺旋结构与细胞分裂微管结合，抑制细胞凋亡。大量的研究表明，survivin基因几乎在所有的人类肿瘤中都表达，而且其表达量与肿瘤进展，耐药性等具有正相关性6；另外， survivin可与辅助性线粒体源性caspases激活因子(the second mitochondria driverd activator of caspase， SMAC)结合， SMAC是一种通过结合IAP( inhibitor of apopto-sis proteins， IAP)而起封闭作用的蛋白， survivin与SMAC结合并抑制caspases活性。通过这种方式，survivin还可保护其他IAP家族成员如XIAP免受SMAC抑制而维持它们的功能。综上所述，survivin蛋白是凋亡抑制蛋白IAPs家族的新成员，可促进癌细胞的增殖活性，并且在肝癌中呈高表达8-10因此，survivin基因被认为是肿瘤治疗的一个理想靶点。我们推测，VK3如果能抑制NF-B的活性，它可能会下调survivin基因的表达。Bcl-2位于线粒体外膜、内质网、核膜的外表面，它们可改变质膜对小分子和蛋白质的通透性。然而同属一个家族的Bcl-XL，既可以存在于这些质膜的表面又能存在于胞浆中；Bax却只能存在于胞浆中。Bcl-2、Bcl-XL和Bax能在线粒体外膜上形成离子通道，通过控制它的开放而调节MPT。MPT提高后，线粒体就可以释放凋亡诱导蛋白，如：cytoC、AIF、procaspases等。Bcl-2/Bcl-XL能提高膜的稳定性，阻止凋亡蛋白的释放，对细胞的正常功能起到重要的保护作用。例如， Bcl-2/Bcl-XL能直接或间接的阻止cyto C的释放。正常情况下Bcl-XL与Apaf-1结合，使Apaf-1不参与激活procaspase-9。当细胞受到死亡信号刺激时，Bax可与Bcl-XL相互作用，去除Bcl-XL对Apaf-1的抑制作用。线粒体直接诱导细胞凋亡，这种情况的发生主要是由于Bax或Bax类似蛋白(caspase的抑制因子)的大量表达，抑制caspase参与凋亡，使DNA发生凝集(而caspase会使DNA发生降解)和MPT提高。三、维生素k诱导细胞发生凋亡的机制细胞凋亡的发生可能与细胞周期阻滞和抗凋亡基因survivin、bcl-2的下调有关。VK的抗肿瘤作用机制目前还不十分清楚，随研究的深入发现与下列因素有关：调节癌基因的表达，如caspase 3、bcl-2、c-myc等11-13；VK与受体的作用，尽管推测VK也存在核受体蛋白，但是特殊的VK受体还是没有发现，这也是目前的研究热点之一14；VK3是一种强烈的氧化应激诱导剂，其诱导肿瘤细胞凋亡的机制可能与耗竭细胞内的谷胱甘肽GSH、促进氧自由基的产生、促使蛋白巯基芳香化、膜脂质过氧化产物含量升高及使线粒体膜电位去极化等有关15。因此，VK的作用是通过多信号传导途径实现的。VK3的抗肿瘤作用可能与抑制NF-B的活性有关16。NF-B是一个重要的转录因子，具有促进肿瘤细胞增殖、抑制肿瘤细胞凋亡、促进肿瘤耐药性形成的作用17。Survivin是NF-B的目标基因18，是一个重要的抗凋亡基因，并具有促进细胞分裂的作用6。在suvrivin的启动子区发现有NF一KBA/P一1的结合位点。Coa等在研究EBV致癌机理时发现，LMPI功能性活化NF-B，使suvrvini的表达水平升高；而使用LMPI的突变体则会抑制NF一KB的活性，使suvrvini表达明显下调，说明NF一KB可以调节suvrivin的表达。Jones等19证实，氧自由基能触发核转录因子NF-kappa B的表达，NF-kappa B通过抑制抗凋亡基因Bcl-2的表达，使Bcl-2/bax下降，线粒体功能受损，导致细胞死亡，bax是bcl-2的相关蛋白，它与bcl构成同源或异源二聚体是细胞凋亡中一个非常重要的环节。VK2自身拥有萘醌核结构，和其他含有醌类结构的化疗药物一样具有氧化还原的作用，可产生自由基和活性氧，从而抑制肿瘤细胞的生长。另外，维生素K萘醌核位置3易与细胞功能性蛋白质的巯基(-SH)发生加合反应(直接芳基化)，改变细胞信号传导通路，引起细胞凋亡20。四、结语研究动物的重要代谢基因调节机理，可利用营养与基因的互作关系,通过日粮配合来控制基因转录、翻译、调节基因表达，有效地提高和控制动物生长。从分子水平上弄清营养成分在动物体内的代谢过程和规律，准确确定动物群体及个体的营养需要，掌握养分摄入过量及缺乏的后果，预防和治疗营养代谢疾病，以及解决其他营养问题将成为可能。参考文献：1 博礼敦. 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